JPH0736438B2 - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
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- JPH0736438B2 JPH0736438B2 JP63211862A JP21186288A JPH0736438B2 JP H0736438 B2 JPH0736438 B2 JP H0736438B2 JP 63211862 A JP63211862 A JP 63211862A JP 21186288 A JP21186288 A JP 21186288A JP H0736438 B2 JPH0736438 B2 JP H0736438B2
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Links
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
- H10B12/00—Dynamic random access memory [DRAM] devices
- H10B12/30—DRAM devices comprising one-transistor - one-capacitor [1T-1C] memory cells
Landscapes
- Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
- Semiconductor Memories (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体装置に関し、特に容量部の構造が下地電
極として、シリコン基板もしくはポリシリコン電極やシ
リサイド電極を用い、誘電体材料として金属酸化膜を用
いて構成されている半導体装置に関する。
極として、シリコン基板もしくはポリシリコン電極やシ
リサイド電極を用い、誘電体材料として金属酸化膜を用
いて構成されている半導体装置に関する。
DRAM（ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ）の
如く、構成要素として容量を備えた半導体装置に於いて
は、容量部の面積を極力小さくすることが上記半導体装
置の高密度化を進める上で重要である。
如く、構成要素として容量を備えた半導体装置に於いて
は、容量部の面積を極力小さくすることが上記半導体装
置の高密度化を進める上で重要である。
容量部の占める面積を小さくするためには、従来のSiO2
やSi3N4よりも大きな誘電率を持つ誘電体材料を用いる
のが有利であり、このためTa酸化物,Ti酸化物,Zr酸化
物,Hf酸化物などからなる金属酸化膜、さらにはBaTiO3
の如き強誘電体材料からなる膜を用いることが試みられ
ている。これら誘電体膜を形成する方法としては、T
a,Ti,Zr,Hfなどの金属材料をターゲットとしてスパッタ
蒸着法により基板表面に金属膜を形成した後にこれを酸
化する方法、スパッタ蒸着を酸素雰囲気中で行い基板
上に金属酸化物として堆積する手法、あるいはCVD法
により基板上に金属酸化膜を堆積する方法などが用いら
れる。
やSi3N4よりも大きな誘電率を持つ誘電体材料を用いる
のが有利であり、このためTa酸化物,Ti酸化物,Zr酸化
物,Hf酸化物などからなる金属酸化膜、さらにはBaTiO3
の如き強誘電体材料からなる膜を用いることが試みられ
ている。これら誘電体膜を形成する方法としては、T
a,Ti,Zr,Hfなどの金属材料をターゲットとしてスパッタ
蒸着法により基板表面に金属膜を形成した後にこれを酸
化する方法、スパッタ蒸着を酸素雰囲気中で行い基板
上に金属酸化物として堆積する手法、あるいはCVD法
により基板上に金属酸化膜を堆積する方法などが用いら
れる。
〔発明が解決しようとする課題〕 Ta酸化物,Ti酸化物などの絶縁性を有する金属酸化物か
らなる膜を単結晶シリコン上あるいは多結晶シリコン
（ポリシリコン）電極上に形成すると、本来得られるべ
き高い容量値が低下してしまうという欠点がある。この
現象は特に金属酸化膜の膜厚が薄いほど顕著となる。こ
の原因は金属酸化膜シリコン又はポリシリコン電極との
間にSiOxの如き誘電率の低い遷移層（比誘電率４程度）
が形成されることによる。即ち、観察れる容量値は金属
酸化膜の容量と遷移層の容量との直列接続された値にな
り、金属酸化膜の膜厚が薄く当該膜の容量が大きい場合
には、観察される容量値は、容量の小さな遷移層の容量
に大きく支配されるからである。
らなる膜を単結晶シリコン上あるいは多結晶シリコン
（ポリシリコン）電極上に形成すると、本来得られるべ
き高い容量値が低下してしまうという欠点がある。この
現象は特に金属酸化膜の膜厚が薄いほど顕著となる。こ
の原因は金属酸化膜シリコン又はポリシリコン電極との
間にSiOxの如き誘電率の低い遷移層（比誘電率４程度）
が形成されることによる。即ち、観察れる容量値は金属
酸化膜の容量と遷移層の容量との直列接続された値にな
り、金属酸化膜の膜厚が薄く当該膜の容量が大きい場合
には、観察される容量値は、容量の小さな遷移層の容量
に大きく支配されるからである。
シリコンと金属酸化膜との界面に遷移層が形成される理
由は、金属酸化膜が酸素を放出し易い（還元され易い）
性質を持ち、シリコンの如き酸化され易い活性な物質に
接すると酸素を放出する結果、界面にSiOx層が形成され
るものである。この遷移層の膜厚は、透過型電子顕微鏡
による高解像度の断面観察によれば、20〜35Åと極めて
薄い。しかし、例えば比誘電率25,膜厚100Åの金属酸化
膜を形成した場合には、観察される容量値は遷移層の無
い場合に比べ45％以下になってしまう。従って、シリコ
ン上に金属酸化膜を形成した場合には、金属酸化膜が本
来有する誘電率の高い膜としての性質を生かすことは出
来ない。
由は、金属酸化膜が酸素を放出し易い（還元され易い）
性質を持ち、シリコンの如き酸化され易い活性な物質に
接すると酸素を放出する結果、界面にSiOx層が形成され
るものである。この遷移層の膜厚は、透過型電子顕微鏡
による高解像度の断面観察によれば、20〜35Åと極めて
薄い。しかし、例えば比誘電率25,膜厚100Åの金属酸化
膜を形成した場合には、観察される容量値は遷移層の無
い場合に比べ45％以下になってしまう。従って、シリコ
ン上に金属酸化膜を形成した場合には、金属酸化膜が本
来有する誘電率の高い膜としての性質を生かすことは出
来ない。
上記した遷移層の問題を改善する１つの手段として、酸
化され易いシリコンの代わりに活性度のより低い電極材
料膜の上に絶縁性を有する金属酸化膜を設けることが行
われている。即ち、シリコン基板上にいったんWSi2,MoS
i2,TiSi2の如き金属シリサイド膜を設けたのちに絶縁性
を有する金属酸化膜を形成するものである。しかし、金
属シリサイドは組成としてシリコンが含まれるため、金
属酸化膜との反応を防止するためには膜形成後のプロセ
スを350℃以下の温度におさえる必要がある。このよう
な限定された条件では、半導体装置を作る上で制約が大
きく、応用が限定されてしまう欠点をもっていた。
化され易いシリコンの代わりに活性度のより低い電極材
料膜の上に絶縁性を有する金属酸化膜を設けることが行
われている。即ち、シリコン基板上にいったんWSi2,MoS
i2,TiSi2の如き金属シリサイド膜を設けたのちに絶縁性
を有する金属酸化膜を形成するものである。しかし、金
属シリサイドは組成としてシリコンが含まれるため、金
属酸化膜との反応を防止するためには膜形成後のプロセ
スを350℃以下の温度におさえる必要がある。このよう
な限定された条件では、半導体装置を作る上で制約が大
きく、応用が限定されてしまう欠点をもっていた。
本発明の半導体装置は、ポリシリコン電極や金属シリサ
イド電極上に、導電性を有する窒素化合物もしくは金属
化合物からなる膜を設け、続いて誘電体としての絶縁性
を有する金属酸化膜を設け、次に電極を設けて構成され
る容量を有している。
イド電極上に、導電性を有する窒素化合物もしくは金属
化合物からなる膜を設け、続いて誘電体としての絶縁性
を有する金属酸化膜を設け、次に電極を設けて構成され
る容量を有している。
絶縁性を有する金属酸化膜は導電性を揺する窒素化合物
もしくは金属化合物からなる膜と接しシリコンとの接触
がないため、SiOxの如き遷移層は形成されない。従って
絶縁性を有する金属酸化膜が本来有する大きな容量窒素
を実現することができる。
もしくは金属化合物からなる膜と接しシリコンとの接触
がないため、SiOxの如き遷移層は形成されない。従って
絶縁性を有する金属酸化膜が本来有する大きな容量窒素
を実現することができる。
次に、参考例について図面を参照して説明する。第１図
は参考例の容量の断面構造を説明する図である。図にお
いて、１はシリコン基板、２は絶縁膜、３はシリコン基
板１の表面に設けられた該基板と逆型の高濃度不純物領
域、４導電性を有する窒素化合物もしくは金属化合物の
膜、５は絶縁性を有する金属酸化膜、６は電極をそれぞ
れ示す。当該容量は、導電性を有する窒素化合物もしく
は金属化合物の膜４を下地電極とし、絶縁性を有する金
属酸化膜５を誘電体に用い、電極６を上部電極として容
量が構成される。本参考例では、導電性を有する窒素化
合物もしくは金属化合物の膜４はシリコン基板１の表面
に設けられた高濃度不純物領域３に接続されており、従
って不純物領域３と前記電極６との間に電圧を加えるこ
とにより当該容量は機能する。
は参考例の容量の断面構造を説明する図である。図にお
いて、１はシリコン基板、２は絶縁膜、３はシリコン基
板１の表面に設けられた該基板と逆型の高濃度不純物領
域、４導電性を有する窒素化合物もしくは金属化合物の
膜、５は絶縁性を有する金属酸化膜、６は電極をそれぞ
れ示す。当該容量は、導電性を有する窒素化合物もしく
は金属化合物の膜４を下地電極とし、絶縁性を有する金
属酸化膜５を誘電体に用い、電極６を上部電極として容
量が構成される。本参考例では、導電性を有する窒素化
合物もしくは金属化合物の膜４はシリコン基板１の表面
に設けられた高濃度不純物領域３に接続されており、従
って不純物領域３と前記電極６との間に電圧を加えるこ
とにより当該容量は機能する。
当該容量の形成方法としては、シリコン基板１の表面に
周知の技術を用いて選択的に前記膜２を設け、次に熱拡
散もしくはイオン打ち込みの技術を用いて高濃度不純物
領域３を形成する。次に、TiNx,WNxなどの導電性を有す
る窒素化合物膜もしくはTiW,AuSn,AuSnAlなどの金属化
合物膜４を、スパッタ蒸着法あるいは化学気相成長法な
どの手法を用いて形成する。当該導電性を有する金属酸
化膜の好ましい膜厚は200〜1000Åである。次に、周知
の技術を用いて当該膜４を選択的にエッチングし所望の
領域に膜を残す。次に、Ta2O5,ZrO2,HfO2あるいはBaTiO
3の如き絶縁性を有する金属酸化膜５を、スパッタ蒸着
法あるいは化学気相成長法などの手法を用いて形成す
る。次に、電極６を所望の領域に形成し、本参考例にな
る容量が形成される。なお、上記した構造の容量におい
て、高濃度不純物領域３の導電型はシリコン基板１と逆
型であっても、あるいは同型であっても良く、その選択
は自由である。さらに、当該高濃度不純物領域３を設け
ずに、直接シリコン基板１に接触せしめても良い。
周知の技術を用いて選択的に前記膜２を設け、次に熱拡
散もしくはイオン打ち込みの技術を用いて高濃度不純物
領域３を形成する。次に、TiNx,WNxなどの導電性を有す
る窒素化合物膜もしくはTiW,AuSn,AuSnAlなどの金属化
合物膜４を、スパッタ蒸着法あるいは化学気相成長法な
どの手法を用いて形成する。当該導電性を有する金属酸
化膜の好ましい膜厚は200〜1000Åである。次に、周知
の技術を用いて当該膜４を選択的にエッチングし所望の
領域に膜を残す。次に、Ta2O5,ZrO2,HfO2あるいはBaTiO
3の如き絶縁性を有する金属酸化膜５を、スパッタ蒸着
法あるいは化学気相成長法などの手法を用いて形成す
る。次に、電極６を所望の領域に形成し、本参考例にな
る容量が形成される。なお、上記した構造の容量におい
て、高濃度不純物領域３の導電型はシリコン基板１と逆
型であっても、あるいは同型であっても良く、その選択
は自由である。さらに、当該高濃度不純物領域３を設け
ずに、直接シリコン基板１に接触せしめても良い。
なお、第１図に示す容量部の構造では、導電性を有する
窒素化合物もしくは金属化合物の膜４が高濃度不純物領
域３の表面および絶縁膜２の表面の一部に設けられた
が、本発明の目的であるシリコン基板との間に遷移層を
形成しないという点で第２図に示すように高濃度不純物
領域３の表面にのみ導電性を有する窒素化合物もしくは
金属化合物の膜４を設けても良いことは言うまでもな
い。
窒素化合物もしくは金属化合物の膜４が高濃度不純物領
域３の表面および絶縁膜２の表面の一部に設けられた
が、本発明の目的であるシリコン基板との間に遷移層を
形成しないという点で第２図に示すように高濃度不純物
領域３の表面にのみ導電性を有する窒素化合物もしくは
金属化合物の膜４を設けても良いことは言うまでもな
い。
第３図は、本発明の第１の実施例の容量の断面構造を説
明する図である。図において、第１図と同記号は同一物
質もしくは同一の機能を有する物質であり、７はポリシ
リコン電極を示す。
明する図である。図において、第１図と同記号は同一物
質もしくは同一の機能を有する物質であり、７はポリシ
リコン電極を示す。
当該構造の容量は、ポリシリコン電極７の表面に設けら
れた導電性を有する窒素化合物もしくは金属化合物の膜
４と、絶縁性を有する金属酸化膜５と、電極６とから容
量が構成される。導電性を有する金属酸化膜４はポリシ
リコン電極７に接触しているため、ポリシリコン電極に
加えられた電圧が導電性を有する金属酸化膜４にそのま
ま加わる。
れた導電性を有する窒素化合物もしくは金属化合物の膜
４と、絶縁性を有する金属酸化膜５と、電極６とから容
量が構成される。導電性を有する金属酸化膜４はポリシ
リコン電極７に接触しているため、ポリシリコン電極に
加えられた電圧が導電性を有する金属酸化膜４にそのま
ま加わる。
第４図は、第２の参考例を説明するための断面図であ
り、容量をDRAM（ダイナミック・ランダム・アクセス・
メモリー）に適用した場合の断面構造を示す。図におい
て、第１図と同記号は同一物質もしくは同一機能を有す
る物質であり、21および22は絶縁膜、31および32は高濃
度不純物領域、61は電極、62はビット電極、72はワード
電極をそれぞれ示す。
り、容量をDRAM（ダイナミック・ランダム・アクセス・
メモリー）に適用した場合の断面構造を示す。図におい
て、第１図と同記号は同一物質もしくは同一機能を有す
る物質であり、21および22は絶縁膜、31および32は高濃
度不純物領域、61は電極、62はビット電極、72はワード
電極をそれぞれ示す。
当該構図の容量は、導電性を有する窒素化合物もしくは
金属化合物の膜４と、絶縁性を有する金属酸化膜５と電
極61とで構成される。導電性を有する窒素化合物もしく
は金属化合物の膜４は高濃度不純物領域32に接してお
り、当該高濃度不純物領域32に加えられた電圧が導電性
を有する金属酸化膜４に加わる。
金属化合物の膜４と、絶縁性を有する金属酸化膜５と電
極61とで構成される。導電性を有する窒素化合物もしく
は金属化合物の膜４は高濃度不純物領域32に接してお
り、当該高濃度不純物領域32に加えられた電圧が導電性
を有する金属酸化膜４に加わる。
第５図は本発明の第２の実施例を示す断面図であり、容
量を他の構造DRAMに適用した場合の断面構造を示す。図
において、第３図および第４図と同記号は、同一物質も
しくは同一機能を有する物質である。
量を他の構造DRAMに適用した場合の断面構造を示す。図
において、第３図および第４図と同記号は、同一物質も
しくは同一機能を有する物質である。
当該構造容量では、導電性を有する窒素化合物もしく金
属化合物の膜４はポリシリコン電極７に、また当該ポリ
シリコン電極７は高濃度不純物領域32に接しているた
め、高濃度不純物領域32に加えられた電圧はポリシリコ
ン電極７および導電性を有する窒素化合物もしくは金属
化合物の膜４にそのまま印加される。
属化合物の膜４はポリシリコン電極７に、また当該ポリ
シリコン電極７は高濃度不純物領域32に接しているた
め、高濃度不純物領域32に加えられた電圧はポリシリコ
ン電極７および導電性を有する窒素化合物もしくは金属
化合物の膜４にそのまま印加される。
以上説明したように本発明は、酸素に対して活性なポリ
シリコン電極やシリサイド電極の表面にいったん導電性
を有する窒素化合物もしくは金属化合物の膜を設けた後
に絶縁性を有する金属酸化膜を設けるため、SiOxの如き
遷移層の形成による容量の低下が防止できる効果があ
る。また、本発明になる容量は、誘電体としての金属酸
化膜および導電性を有する窒素化合物もしくは金属化合
物とも耐熱性にも優れており、600℃でも電気特性に変
化は見られなかった。
シリコン電極やシリサイド電極の表面にいったん導電性
を有する窒素化合物もしくは金属化合物の膜を設けた後
に絶縁性を有する金属酸化膜を設けるため、SiOxの如き
遷移層の形成による容量の低下が防止できる効果があ
る。また、本発明になる容量は、誘電体としての金属酸
化膜および導電性を有する窒素化合物もしくは金属化合
物とも耐熱性にも優れており、600℃でも電気特性に変
化は見られなかった。
第１図および第２図は参考例を説明するための断面図、
第３図は本発明の第１の実施例を説明するための断面
図、第４図は第２の参考例を説明するための断面図、第
５図は本発明の第２の実施例を説明するための断面図で
ある。 １……シリコン基板、２……絶縁膜、３……高濃度不純
物領域、４……導電性を有する窒素化合物もしくは金属
化合物膜、５……絶縁性を有する金属酸化膜、６……電
極、７……ポリシリコン電極、75……埋込電極。
第３図は本発明の第１の実施例を説明するための断面
図、第４図は第２の参考例を説明するための断面図、第
５図は本発明の第２の実施例を説明するための断面図で
ある。 １……シリコン基板、２……絶縁膜、３……高濃度不純
物領域、４……導電性を有する窒素化合物もしくは金属
化合物膜、５……絶縁性を有する金属酸化膜、６……電
極、７……ポリシリコン電極、75……埋込電極。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 27/108
Claims (1)
- 【請求項１】ポリシリコン電極または金属シリサイド電
極上に、導電性を有する窒素化合物もしくは金属化合物
からなる膜と、絶縁性を有する金属酸化膜と、電極とを
順次積層して構成した容量を含むことを特徴とする半導
体装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63211862A JPH0736438B2 (ja) | 1988-08-25 | 1988-08-25 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63211862A JPH0736438B2 (ja) | 1988-08-25 | 1988-08-25 | 半導体装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0260157A JPH0260157A (ja) | 1990-02-28 |
| JPH0736438B2 true JPH0736438B2 (ja) | 1995-04-19 |
Family
ID=16612839
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63211862A Expired - Lifetime JPH0736438B2 (ja) | 1988-08-25 | 1988-08-25 | 半導体装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0736438B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7335570B1 (en) | 1990-07-24 | 2008-02-26 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method of forming insulating films, capacitances, and semiconductor devices |
| US5192871A (en) * | 1991-10-15 | 1993-03-09 | Motorola, Inc. | Voltage variable capacitor having amorphous dielectric film |
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-
1988
- 1988-08-25 JP JP63211862A patent/JPH0736438B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| JPH0260157A (ja) | 1990-02-28 |
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